HPC

高效能運算叢集系統

by GIGABYTE
在過去15年的時間裡,高效能運算 (HPC, High Performance Computing) 一直是增長最快的IT市場之一,其增長速度甚至超過線上遊戲、平板電腦的年增長率。

高效能運算多為利用大量的處理器或者一組叢集中的計算機來進行,所執行的應用程式為平行演算法;科學家把具備大量資料的問題根據一定的規則分為眾多的子集,在不同處理器或叢集內的節點上進行演算,最終再彙整子集的結果為原本問題的結論以大幅縮短問題的計算時間。

高效能運算系統多半應用在一般電腦主機無法處理的大型計算,例如醫學影像生成、基因分析比對、電腦動畫、能源探勘、氣候模擬、天文、太空、各種物理與化學計算。高效能運算系統的節點是協同工作的,他們一方面需要在處理問題時進行計算,也需要在處理過程中與不同節點進行資料交換。高效能運算系統的效能同時與叢集規模是成正比的,一套高效能運算系統的效能是叢集內各節點處理能力的總和。
高效能運算 HPC (High Performance Computing)
高效能運算多為利用大量的處理器或者一組叢集中的計算機來進行,所執行的應用程式為平行演算法;科學家把具備大量資料的問題根據一定的規則分為眾多的子集,在不同處理器或叢集內的節點上進行演算,最終再彙整子集的結果為原本問題的結論以大幅縮短問題的計算時間。

高效能運算系統多半應用在一般電腦主機無法處理的大型計算,例如醫學影像生成、基因分析比對、電腦動畫、能源探勘、氣候模擬、天文、太空、各種物理與化學計算。高效能運算系統的節點是協同工作的,他們一方面需要在處理問題時進行計算,也需要在處理過程中與不同節點進行資料交換。高效能運算系統的效能同時與叢集規模是成正比的,一套高效能運算系統的效能是叢集內各節點處理能力的總和。高效能運算系統的分類方法很多,若由應用在平行運算的零件分類通常有三種類型。
對稱式多處理器電腦 (SMP, Symmetric Multi-Processors)
系統內所有的CPU均無差別且共享相同的主記憶體,通常又為共享式記憶體 (Shared Memory) 多處理器系統。這類型系統適用於只需較少數量的處理器但需要能同時處理大量資料運算分析的應用程式。其優點是系統架構簡單,方便管理且平行運算的程式易於撰寫,但缺點則是系統擴充能力差,高階機種擴充成本高昂,類似產品例如早期大型主機系統。但隨著複雜指令集處理器的技術發展,技嘉新款R292系列伺服器在單一主機內支援4顆處理器,有效解決擴充能力較差的缺點,能提供客戶應用更高的彈性。
巨量多處理器電腦 (MPP, Massive Parallel Processors)
系統由眾多運算節點組成且各節點具備獨立區域性記憶體及微核心 (Micro Kernel) 作業系統,整個系統通常沒有全域性記憶體且由一主要作業系統搭配各處理節點微核心進行集中管理,又稱為分散式記憶體平行處理系統 (Distributed Memory Parallel, DMP)。其優點是系統擴充性高,但缺點是需考慮使用者程式記憶體如何分配到不同的節點,不容易撰寫平行運算程式。為解決單一節點中發生運算失效,這樣的系統架構也發展出除了節點運算任務外,同時具備高可用性,從而避免上述問題。叢集式高效能運算電腦系統 (Cluster HPC Computer System) 也因此應運而生。

叢集式高效能運算電腦系統通常採用相同等級硬體架構的電腦主機透過網路連結來組成一套平行運算系統。其最大的優點是透過標準化的主機技術,其擴充運算能力具備極高的彈性與成本效益。缺點則是需搭配設計良好的軟體套件支援,尤其應用軟體需要平行化後才能發揮最佳的效能。
異質運算電腦(Heterogeneous Computing)
現階段異質運算較多使用CPU搭配GPU、FPGA、或ASIC核心加速卡的方式。傳統使用CPU頻率和內核數量計算的方式在近幾年遇到了散熱的瓶頸;同時,GPU、FPGA、ASIC等計算單元也逐漸發展出更卓越的內核數和平行計算能力,總體性能/ 晶片面積比和性能/ 功耗比都很高,因此可以大幅提升科學領域、商業分析、工程應用的加速運算。透過技嘉伺服器提供循序序列處理最佳化的伺服器搭配各類型加速卡動輒數千個小型運算核心的協作,異質運算電腦儼然也成了今日高效能運算系統的一股主流。
高效能運算系統
無論是巨量多處理器電腦或異質架構電腦所建構的高效能運算系統,它的組成節點通常為三種類型的應用。
由於長期跟隨技術脈動與對市場的觀察,技嘉很早就開始進行高效能運算系統的產品規劃與佈署,並提供各種適用於不同架構與叢集節點產品讓客戶有更彈性的選擇。例如:

● R292系列伺服器:支援4顆處理器適用於對稱式多工處理器架構。
● H系列伺服器:主流雙處理器架構的高密度伺服器產品,能作為高密度巨量多處理器的叢集單元。
● G系列伺服器:提供優於競爭對手的加速卡密度與廣度支援性。除了眾所周知的 NVIDIA 與 AMD GPU 產品外,無論是 Xilinx、Intel、FPGA 或者 QUALCOMM 的 ASIC 加速卡都在 G系列伺服器的支援範圍內。
● S系列伺服器:支援 16、36、60 Bay 企業級大容量硬碟儲存機種;還有最新應用的 S260全快閃儲存陣列系統。供給各種軟體定義儲存,提供各式DATA LAKE硬體需求。

技嘉完整的伺服器產品線涵蓋建構一套高效能運算系統的每個環節,提供各類型客戶一站式的採購方案。同時,技嘉伺服器產品須能支援各類型開源軟體套件的開發精神,讓技嘉伺服器不但適用於各種主流作業系統,更能滿足形形色色的軟體開發環境。搭配技嘉獨有的GIGABYTE Server Management (GSM) 軟體套件,提供先進的自我監控、自我診斷等功能。使用技嘉伺服器所建構的高效能運算系統具備了幾項特色:

● 支援系統軟體快速安裝與更新派送
● 自動系統計算資源管理與工作排程
● 系統運作效能即時監控及事件自動通知
● 高自主性使用者平行化程式開發作業環境及系統管理
● 高效能平行化檔案系統服務
● 隨需求客制化整合系統管理服務
GIGABYTE - Hardware Manager
使用技嘉伺服器建構高效能運算系統
針對數據中心原有的環境或應用軟體適配的架構選擇合適的節點組建或擴充系統至關重要。因此針對不同需求來挑選最適合的伺服器產品至關重要。

● 適用於對稱式多處理器架構的R292系列伺服器
R292系列伺服器支援四顆第三代 Intel Xeon 可擴充處理器。每顆處理器可以與主機板上的其他三個處理器以 20.8GT/s 的速度執行數據傳輸及共享工作負載。其突破性的計算能力可用於大規模關鍵任務應用,並以非凡的速度分析不斷增長的數據。
● 適用於巨量多處理器電腦的H系列高密度伺服器
H系列伺服器,針對HPC和超融合基礎設施 (HCI) 應用進行了優化,在2U機箱內可以容納四個節點,每個節點支援兩顆最新世代 Intel Xeon 可擴充處理器,提供高於傳統2U機箱的核心數與運算線程,如果裝配於標準42U伺服器機櫃將獲得較現階段一般2U機架型主機多四倍以上的內核和線程運算單元,可更優化機房空間的IT成本攤提。
● 適用於異質運算電腦的G系列伺服器
G系列產品專為異質運算架構而設計,無論支援GPU,FPGA或ASIC加速卡…所有的G系列伺服器在開發初期即完整擬定偕同加速卡所需的電力供應量與散熱需求,才能保證系統之後的穩定運行。
技嘉伺服器不但提供了高效能運算系統的選擇彈性與更好的成本效益,並且也保證了產品建置後的穩定性與運作效率,客戶只需專注在核心事業的創新,為數位轉型提供無後顧之憂的支援與產品。
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